Исследование и разработка технологии и оборудования для получения горячекатаных подшипниковых труб малого диаметра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Торшин, Сергей Викторович

• Торшин, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Торшин, Сергей Викторович

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Развитие производства горячекатаных бесшовных труб

1.2. Состояние производства труб малого диаметра для машиностроения и подшипниковой промышленности

1.3. Способы улучшения качества и интенсификации производства труб на трехвалковых раскатных станах

1.4. Методы определения температурных полей

Глава 2. Исследование качественных показателей гильз и труб из стали ШХ15, полученных способом горячей винтовой прокатки

2.1. Прошивка заготовок в гильзы

2.1.1. Методика проведения исследований

2.1.2. Анализ результатов прошивки

2.2. Раскатка гильз в трубы

2.2.1. Методика исследований

2.2.2. Анализ результатов

2.2.3. Получение длинномерных гильз малого диаметра в промышленных условиях

2.3. Изготовление пробной партии труб для дальнейшего передела на станах холодной прокатки

Глава 3. Определение температурных полей в цилиндрических телах

3.1. Распределение температуры в однородном цилиндре

3.2. Распределение температуры в полом цилиндре

3.3. Распределение температуры в трубе с оправкой

3.4. Анализ расчетных и экспериментальных данных.

Глава 4. Исследование процесса горячей раскатки подшипниковых труб малого диаметра на министане винтовой прокатки

4.1. Прошивка сплошной заготовки в гильзу

4.2. Редуцирование на стане винтовой прокатки

4.3. Раскатка гильз на оправке в министане винтовой прокатки

4.3.1. Влияние технологической смазки и исходной температуры оправки на скорость остывания трубы

4.3.2. Выбор оборудования и схемы раскатки

4.3.3. Влияние способов контролируемого перемещения оправки на устойчивость процесса раскатки труб

4.3.4. Влияние калибровки валков на процесс раскатки

4.3.5. Влияние диаметра оправки и коэффициента вытяжки

4.3.6. Результаты исследования процесса раскатки труб малого диаметра на министане

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологии и оборудования для получения горячекатаных подшипниковых труб малого диаметра»

В настоящее время при производстве труб малого диаметра используются станы холодной прокатки и трубоволочильные станы безоправочного волочения и волочения на плавающей оправке, заготовки для которых получают на трубопрокатных агрегатах. Минимально возможный размер передельных труб, как правило, составляет 4Б.7 6 мм. Такая схема получения труб малого диаметра характеризуется большими энергетическими и трудовыми затратами. При этом основная деформация осуществляется в станах холодной прокатки. Так как процессы изготовления холоднодеформированных труб являются многооперационными, то это приводит к чрезмерному развитию цехов холодного передела и соответственно к увеличению затрат на производство и удорожанию труб.

Горяче- и холоднодеформированные трубы широко используют в машиностроении в качестве заготовок для производства подшипниковых колец. Например, на ПНТЗ, горячекатаные трубы из сталей ШХ15, ШХ15-В и других преимущественно производят на ТПА 160 с трехвалковым раскатным станом, сортамент которого включает товарную продукцию и заготовку для последующего передела. Минимальный наружный диаметр изготавливаемых на ТПА 160 труб равен 74 мм. Подшипниковые трубы меньшего диаметра получают деформацией горячекатаной заготовки на станах холодной прокатки, которые при действующих режимах прокатки загружены на пределе своих технических возможностей. А из-за отсутствия труб диаметром менее 40 мм, при изготовлении малогабаритных подшипников обычно используют сплошную прутковую заготовку, что приводит к потере свыше 50 % металла [1].

Таким образом, возникает необходимость в разработке технологии и оборудования для получения труб малого диаметра горячей прокаткой, что позволяет сократить цикл холодного передела без ухудшения качества холоднокатаных труб. Кроме того, часть холоднодеформированных труб может быть заменена горячедеформированными, тем более что формальные предпосылки для такой замены имеются. Так, ГОСТ 8732-87 предусматривает изготовление горячедеформированных труб минимальным диаметром 25 мм [2] .

Наиболее близко к решению этой проблемы подошли ученые МИСиС и АО ЭЗТМ - создатели новой технологии и оборудования минитрубопрокатного агрегата (МТПА). Технологическая схема МиниТПА частично реализована на стане '"450-3" металлургического завода "Красный Октябрь", но только при производстве особотолстостенных труб диаметром от 30 до 80 мм из буровой стали марок 55С2, 28ХГНЗМА [3].

Настоящая работа посвящена исследованию и разработке технологии и оборудования для получения горячекатаных подшипниковых труб малого диаметра. В ходе работы определены показатели качества гильз и труб из стали 111X15 диаметром менее 70 мм, полученных способом винтовой прокатки. Особое внимание уделено процессу раскатки подшипниковых труб диаметром менее 30 мм на цилиндрической оправке в министане "10.30" винтовой прокатки.

На основании анализа технологических процессов, используемых в трубном производстве России и за рубежом, исследований, проведенных в данной работе, предложены

7~ технологическая схема и оборудование для производства подшипниковых труб малого диаметра, определен сортамент труб, который охватывает данная технология.

Экспериментальные исследования проведены в лабораториях кафедры обработки металлов давлением на опытно-промышленных станах МИСиС и министане "10.30" винтовой прокатки нового типа.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Торшин, Сергей Викторович

основные выводы

1. На основании проведенных исследований установлено, что горячекатаные трубы из стали ШХ15 диаметром менее 70 мм, полученные на опытно-промышленном стане МИСиС 130Д за две операции винтовой прокатки - прошивку и раскатку, характеризуются высокой точностью размеров (разностенность менее 7%), бездефектным состоянием наружной и внутренней поверхности, структурой, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 800-7 8 и могут использоваться в качестве передельных и товарных труб.

2. Для исследования горячей винтовой раскатки труб диаметром менее 30 мм разработано и изготовлено опытное оборудование на базе трехвалкового министана "10.30", позволяющее осуществлять процесс на контролируемо перемещаемой оправке.

3. Разработана методика аналитической оценки тепловых взаимодействий трубы и цилиндрической оправки при различных начальных и граничных условиях, соответствующих режимам нагрева и транспортировки труб малого диаметра в ходе технологического процесса.

4. Разработан новый способ раскатки труб в трехвалковом стане винтовой прокатки на контролируемо перемещаемой оправке, позволяющий улучшить качество труб и повысить выход годного за счет уменьшения вероятности образования трехгранных раструбов на их концах.

5. Установлено, что процесс горячей раскатки толстостенных труб диаметром от 15 до 28 мм (с D/S<l) в трехвалковом министане на контролируемо перемещаемой цилиндрической оправке при углах рабочих валков 18°,

475осуществляется стабильно, с коэффициентом вытяжки за проход до 2,0. При этом отмечается высокая точность готовых труб (разностенность составляет не более 3%) .

6. Разработана новая технологическая схема получения горячекатаных подшипниковых труб диаметром менее 30 мм, включающая операции прошивки и раскатки на контролируемо перемещаемой оправке в двух- и трех-валковых министанах винтовой прокатки.

Технологическая схема реализуется на МикроТПА с годовой производительностью до 1,5 тыс. т труб диаметром от 15 до 30 мм с толщиной стенки 2,5.5 мм. Для размещения МикроТПА требуется площадь не более 500 м2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Торшин, Сергей Викторович, 2000 год

1. Скоробогатская Л.И., Шумилин В.К., Левшунов М.А. // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1986, №13, с. 7.23.

2. Ячменев А.Н., Толстиков P.M., Алешин В. А. и др. Перспективы развития производства труб малого диаметра на ПНТЗ // Сталь. 1994, №4, с. 48.50.

3. Минтаханов М.А., Виноградов Ю.В., Романцев Б.А. и др. Малый трубопрокатный агрегат // Сталь. 1996, №5, с. 45.А8.

4. Ж. « Steel Outlook ». 1991, №3, с. 2Б.28.

5. Ж. «Steel Times». 1996, №9, с.303.

6. Обзорная информация. Трубное производство. Выпуск № 3. М. 1991.

7. Ж. «Steel Times». 1989. V 217, №11, С.817.818.

8. Конференция на тему «Технология призводства бесшовных труб», Гон-Конг, 16-19 ноября 1993 г. Автор Дин Ру Сонг, Мет. Завод Baoshan. Сравнение технологии продольной и поперечной прокатки.

9. Отчет «Патентные исследования современного уровня производства бесшовных труб на агрегатах с непрерывными, короткооправочными и раскатными станами поперечно-винтовой прокатки». г. Электросталь, 1982.

10. Отчет «Патентные исследования по определению технического уровня и тенденций развития прокатки труб на непрерывных длиннооправочных станах», г. Электросталь, 1986.

11. Каталог фирмы «ИННСЕ», 1993.

12. Каталог фирмы «Маннесман Демаг Хюттентехник» ПК 33155-84 г.

13. Ж. «Tube and Pipe Technology» May/June 1993, с. 69.73.

14. Отчет «Патентные исследования технического уровня и тенденции развития реечных станов», г. Электросталь, 1988 .

15. Отчет «Патентные исследования технического уровня в области прокатки на станах поперечно-винтовой прокатки с планетарно-дифференциальным приводом», г. Электросталь, 1989.16. Каталог фирмы SMS, № 370.

16. Каталог фирмы «Outokumpu Eng.» 21.08.1987.

17. Ж. «Neue Hutte». 1990, №7, с. 262.267.

18. Отчет «Патентные исследования современного уровня технологии прокатки и оборудования агрегатов с двухвалковым раскатным станом поперечно-винтовой прокатки с направляющими дисками и удерживаемой оправкой». г. Электросталь, 1994.

19. Технический отчет о командировании советских специалистов за границу. М. Никополь. Электросталь. 1991, с. п. «Эмита».

20. Отчет «Выявление перспективных направлений развития трубного производства и разработки новых технических решений в области производства бесшовных труб». ВНИИМЕТМАШ, 198 9.

21. Конференция на тему «Технология производства бесшовных труб», Гон-Конг, 16-19 ноября 1993 г. Авторы В. Палма, Ф. Катаньо «INNSE» Италия. Разработкаэкономичных технологий изготовления бесшовных стальных труб.

22. Отчет «Патентные исследования уровня технологии прокатки и конструкций двухвалковых раскатных станов поперечно-винтовой прокатки с направляющими дисками и удерживаемой оправкой», г. Электросталь, 1989.

23. Ж. «Tube and Pipe Technology» Vol 7 issue 2 March / April, 1994 г.

24. Отчет «Современное состояние и перспективы развития способов производства бесшовных горячекатаных труб». АО "ЭЗТМ". г. Электросталь, 1995.

25. Зимовец В.Г., Кузнецов Ю.В. Совершенствование производства стальных труб. М.: МИСиС, 1996. 480 с.

26. Крупман Ю.Г., Ляховецкий Л.С., Семенов O.A. и др. Современное состояние мирового производства труб. М. : Металлургия, 1992. 353 с.

27. Гуляев Ю.Г., Володарский М.З., Лев О.И. и др. Повышение точности и качества труб. М. : Металлургия, 1992. 238 с.

28. Ж. «Iron Age Metallwork Int.» 1983, 22, №11, 12 18MP19, 18MP22, 18MP25

29. Neumann, Freskmann, Moderne Walwerksonlager zur Herstellung von diskwandigen Rohren mit enden Wandickentoleranzen: Blech, Rohre, Profile. 197 6, № 7, 8, с. 187.190 .

30. Друян В.M., Крупман Ю.Г., Ляховецкий Л. С. и др. Производство стальных труб. М. : Металлургия, 1989. 400 с.-Л9

31. Потапов И.Н., Коликов А.П., Данченко В.Н. И др. Технология производства труб. М., Металлургия. 1994. 528 с.

32. Харитонов В.В., Ермаков В.М., Ивко Д.М. и др. Перспективные процессы прокатки и волочения подшипниковых труб малого диаметра // Сталь. 1994, №4, С.56.58.

33. Романцев Б.А., Шаманаев В.И., Высокосов А.Г. и др. Исследование технологии получения горячекатаных труб малого диаметра // Сталь. 1991, № 11, C.53.55.

34. Потапов И.Н., Романцев Б.А., Финагин П.М. и др.// Сталь. 1991, № 12, с.52.,.54.

35. Харитонов В.В., Богатов A.A., Клемперт Е.Д. и др.// Обработка металлов давлением: Межвуз. Сб. Свердловск: УПИ, 1990. С. 98.103.

36. Толстиков P.M., Богатов A.A., Клемперт Е.Д. и др.// Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1988, №11, с. 34.35.

37. Богатов A.A., Мижирицкий О.И. , Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М., Металлургия, 1984. 144 с.

38. Минтаханов М.А., Виноградов Ю.В., Романцев Б.А. и др. Малый трубопрокатный агрегат // Сталь. 1996, № 5, с. 45.48.

39. Kazanecki Jan. Rohr aus Walzlagerstahl walzen im Assel-Rollgang. (Прокатка труб из шарикоподшипниковой стали в трехвалковых станах). "Bander-BlecheRohr". 1987, №2, с. 29.32.

40. Минтаханов М.А. Исследование и совершенствование процесса раскатки труб и оборудования на установках с трехвалковым раскатным станом. Кандидатская диссертация. Москва, 197 9.

41. Ж. «Черные металлы», № 7, 1987.

42. Производство стальных труб на заводах объединения «Сосьете Валлурек» (Франция) // Бюлл. ЦНИИЧМ. 1973, № 19, с. 18.32.

43. Трехвалковый раскатной стан. // РЖ «Металлургия». 1972, № 3, с. 4.15.

44. Патент № 1475646 (Франция)

45. Патент № 1551865 (Франция)

46. Потапов И.Н., Полухин П. И. и др. Способ раскатки бесшовных тонкостенных труб. Авт. свид. № 162089. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 3, 1964.

47. Глейберг А.З., Линденбаум В.И., Петров A.B. и др. Поперечно-винтовая прокатка тонкостенных труб повышенной точности размеров. Бюллетень ЦНИИЧМ. М., «Черметинформация», 1975, №9, с. 52.54.

48. Пляцковский O.A., Спирин A.A. и др. Способ винтовой прокатки труб на трехвалковом стане. Авт. свид. № 358041. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 34, 1972 .

49. Пляцковский O.A., Хохлов-Некрасов О.Г. и др. Способ прокатки в трехвалковом стане. Авт. свид. № 184 7 90. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 2 6, 1966.

50. Спирин A.A. Разработка технологии и исследование процесса прокатки тонкостенных труб с отношением D/S<25 на трехвалковом раскатном стане. Автореферат кандидатской диссертации. Днепропетровск. 1975.

51. Яловой А.И. Исследование неустановившихся процессов раскатки и совершенствование технологии производства труб на установках с трехвалковыми раскатными станами. Автореферат кандидатской диссертации. Днепропетровск. 1978.

52. Ваткин Я.Л., Бибик Г.А., Друян В.М. и др. Способ производства горячекатаных бесшовных труб на установках с трехвалковым раскатным станом. «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки» № 34, 1972.

53. Ваткин Я.Л., Ханин М.И., Есаулов А.Т., Вольфович Е.В. Способ прокатки труб на косовалковом стане. Авт. свид. № 34 9425. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 26, 1972.

54. Пляцковский O.A., Сокуренко В.П., Ровенский и др. Прокатка тонкостенных труб на трехвалковых раскатных станах. Бюллетень ЦНИИЧМ. М., «Черметинформация». 197 6, № 12, с. 37.38.

55. Друян В.М., Кущинский Г.Н. и др. Заготовка для поперечно-винтовой прокатки. Авт. свид. № 566640.

56. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 28, 1977.

57. Друян В.М., Кущинский Г.Н., Потапов И.Н. и др. Способ винтовой прокатки. Авт. сид. № 570419. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Информационный бюллетень № 32, 1977.

58. Staat Karlhans, Moltner Hermann. Verfahren zum Querwalsen nahtloser uppen (Способ поперечной прокатки бесшовных заготовок). Заявка 3618949. Technik GmbH und Со. ФРГ. 05.0 6.8 6 г.

59. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М., Металлургия. 1983, 382 с.

60. Бермант А. Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализа. М., Наука. 1967. 736 с.

61. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т. 4, ч.2. М., Наука. 1981, 551 с.

62. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М., Наука. 1964, 488 с.

63. Бухмиров В.В., Вавилкин Н.М., Созинова Т.Е., Матюх А.И. Моделирование теплового состояния заготовок перед прошивкой // Известия вузов. Черная металлургия. 1997, № 11, с. 28.33.

64. Матюх А.И. Совершенствование технологии производства винтовой прокаткой точных полых заготовок малого диаметра. Кандидатская диссертация. Москва, 1999.

65. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М., Наука. 1966. 724 с.

66. Араманович И.Г., Левин В.И. Уравнения математической физики. М., Наука. 1969. 288 с.

67. Мастрюков B.C. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Том 2. Расчеты металлургических печей. М., Металлургия. 1986. 376 с.

68. Романцев Б.А., Потапов И.Н., Гончарук A.B. и др. Изготовление полых профилированных заготовок. М., НПО «ИнформТЭИ», 1992. 263 с.

69. Шаманаев В.И. Исследование процесса винтовой прокатки толстостенных гильз и труб. Кандидатская диссертация. Москва, 1979.

70. Полухин П.И., Романцев Б.А., Филигаров Ю.М. и др. Разработка и исследование способа получения толсто-стеннных гильз из высокопрочных сталей // Научные труды № 12 9. Теория и технология обработки металлов давлением. М., Металлургия, 1980, с. 5.8.

71. Потапов И.Н., Полухин П.И. Новая технология винтовой прокатки. М., Металлургия, 1975. 342 с.

72. Бибик Г.А., Шифрин И.З., Умеренков В.Н. и др. Способ прокатки на косовалковых станах. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Официальный бюллетень № 10, 1968.

73. Данилов Ф.А. и др. Горячая прокатка и прессование труб. М., Металлургия. 1972, с. 356.357.

74. Торшин С.В., Романцев Б.А., Михайлов В. К. Способ винтовой раскатки труб. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 98118584. 1999 г.

75. Романцев Б.А., Торшин С.В., Михайлов В.К. Технология и оборудование для раскатки труб малого диаметра в трехвалковом стане // Сталь. 1999, №4, с. 51.54 .

76. Доронин В. М. Термическая обработка углеродистой и легированной стали. М., Металлургия. 1995. 336 с.

77. Самсонов А.Н., Петров А.К., Людковский В.М. и др. Влияние технологии выплавки подшипниковой стали ШХ15 на состав неметаллических включений и долговечность подшипников. В сб. "Инструментальные и подшипниковые стали". №3. М., Металлургия. 1976, с. 56.

78. Петров А.К., Шульте Ю.А. Проблемы улучшения качества подшипниковых сталей и повышения долговечности подшипников качения. В сб. "Инструментальные и подшипниковые стали". №1. М., Металлургия. 1973,с. 77.

79. Glasgal B.M., "Bearing steel 20/20 Steelmaker's View point - a look Back 20 Years and a look Forward 20 Years", Bearing Steels: Into the 21st Century, ASTM STP 1327, J. J.C. HOO and W. B. Green. Eds., American Society for Testing and Materials, 1998.

80. Башнин Ю.А., Исакина B.H., Масленкова E.A. Влияние перплавных процессов на структуру и свойства стали. М., Металлургия. 1991. 240 с.

81. Маскилейсон A.M., Трубоправильные машины. М., Машиностроение. 1971.